La guida definitiva per personalizzare un modulo fotocamera

Nel mondo moderno, le fotocamere digitali sono diventate estremamente comuni grazie alle nuove tecnologie e ai prezzi accessibili. Uno dei principali fattori che ha guidato l'introduzione di queste nuove tecnologie è rappresentato dai sensori di immagine CMOS. I moduli CMOS per fotocamere sono infatti meno costosi da produrre rispetto ad altri tipi di sensori. Grazie alle nuove funzionalità introdotte nelle fotocamere moderne con sensori CMOS, scattare foto nitidissime è diventato un obiettivo primario.Il principale produttore di moduli per fotocamereè arrivata con una fotocamera integrata con prestazioni migliorate e una maggiore velocità di acquisizione delle immagini. I sensori CMOS assicurano la lettura dei circuiti con la funzione fotosensibile. Anche l'architettura dei pixel è cambiata radicalmente nei giorni nostri e ha contribuito a catturare immagini con un'eccellente gamma di qualità. I ​​sensori di immagine CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) convertono la luce in elettroni, quindi nei dispositivi moderni, il modulo fotocamera USB è stato introdotto per le sue caratteristiche di fascia alta.

Che cos'è un modulo fotocamera?

Un modulo fotocamera o modulo fotocamera compatto è un sensore di immagine di fascia alta che integra l'unità di controllo elettronica, l'obiettivo, il processore di segnale digitale e l'interfaccia, come USB o CSI. I moduli fotocamera sono ampiamente utilizzati in diverse applicazioni, tra cui:

• Ispezione industriale
• Traffico e sicurezza
• Vendita al dettaglio e finanza
• Casa e intrattenimento
• Salute e nutrizione

Con lo sviluppo della tecnologia e delle infrastrutture internet, la velocità di rete è notevolmente migliorata, parallelamente all'introduzione di nuovi dispositivi di imaging fotografico. I moduli fotocamera sono ampiamente utilizzati in smartphone, tablet, PC, robot, droni, dispositivi medici, dispositivi elettronici e molti altri. Il boom della tecnologia di imaging fotografico ha aperto la strada all'introduzione di risoluzioni da 5 megapixel, 8 megapixel, 13 megapixel, 20 megapixel, 24 megapixel e oltre.

Il modulo della fotocamera contiene i seguenti componenti:

• Sensore di immagine
• Lente
• Elaborazione del segnale digitale
• Filtro a infrarossi
• Circuito stampato flessibile o scheda a circuito stampato
• Connettore

Obiettivo:

La parte fondamentale di qualsiasi fotocamera è l'obiettivo, che gioca un ruolo cruciale nella qualità della luce incidente sul sensore di immagine e, di conseguenza, determina la qualità dell'immagine finale. Scegliere l'obiettivo giusto per la propria applicazione è una vera e propria scienza, o per essere precisi, una questione di ottica. Esistono numerosi parametri ottici da considerare per la scelta dell'obiettivo più adatto alle esigenze dell'applicazione, come la composizione dell'obiettivo, il materiale di costruzione (plastica o vetro), la lunghezza focale effettiva, il numero F, il campo visivo, la profondità di campo, la distorsione TV, l'illuminazione relativa, l'MTF, ecc.

Sensore di immagine

Un sensore di immagine è un sensore che rileva e trasmette informazioni utilizzate per creare un'immagine. Il sensore è la chiave perModulo fotocameraper determinare la qualità dell'immagine. Che si tratti della fotocamera di uno smartphone o di una fotocamera digitale, i sensori svolgono un ruolo importante. Al momento, il sensore CMOS è più diffuso e molto meno costoso da produrre rispetto al sensore CCD.

Tipo di sensore: CCD o CMOS

Sensore CCD – I vantaggi del CCD sono l'elevata sensibilità, il basso rumore e l'elevato rapporto segnale/rumore. Tuttavia, il processo di produzione è complesso, con costi e consumi energetici elevati. Sensore CMOS – Il vantaggio del CMOS risiede nell'elevata integrazione (l'integrazione dell'AADC con un processore di segnale consente di ridurre notevolmente le dimensioni), nel basso consumo energetico e nel basso costo. Tuttavia, il rumore è relativamente elevato, la sensibilità è bassa e sono richiesti elevati parametri per la sorgente luminosa.

DSP:

Anche i parametri del segnale dell'immagine digitale vengono ottimizzati grazie a una serie di complessi algoritmi matematici. In particolare, i segnali vengono trasmessi alla memoria di archiviazione oppure ai componenti di visualizzazione.

Il framework della struttura DSP include

• ISP
• Codificatore JPEG
• controller di dispositivi USB

Differenza tra modulo fotocamera USB e modulo fotocamera con sensore/modulo fotocamera CMOS Modulo fotocamera USB 2.0:

Il modulo per fotocamera USB 2.0 integra direttamente l'unità fotocamera e l'unità di acquisizione video, collegandosi al SISTEMA HOST tramite l'interfaccia USB. Attualmente, i moduli per fotocamere digitali presenti sul mercato si basano principalmente sulla nuova interfaccia di trasmissione dati USB 2.0. Computer e altri dispositivi mobili si collegano direttamente tramite l'interfaccia USB, semplicemente plug and play. Questi moduli per fotocamera USB 2.0, conformi agli standard UVC, sono compatibili con i software Windows (DirectShow) e Linux (V4L2) e non richiedono driver.

• Standard USB Video Class (UVC)
• La larghezza di banda di trasmissione massima di USB 2.0 è di 480 Mbps (ovvero 60 MB/s)
• Semplice ed economico
• Collega e utilizza
• Elevata compatibilità e stabilità
• Gamma dinamica più elevata

Dopo essere stato elaborato dal software sul sistema operativo standard compatibile con gli standard UVC, il segnale digitale viene inviato al display.

Modulo fotocamera USB 3.0:

Rispetto al modulo fotocamera USB 2.0, la fotocamera USB 3.0 consente una trasmissione a velocità superiore ed è pienamente compatibile con l'interfaccia USB 2.0.

• La larghezza di banda di trasmissione massima di USB 3.0 è fino a 5,0 Gbps (640 MB/s)
• Definizione a 9 pin rispetto a USB 2.0 a 4 pin
• Completamente compatibile con USB 2.0
• Connettività SuperSpeed

Modulo telecamera CMOS (CCM)

Il modulo CCM o COMS Camera Module è anche chiamato Complementary Metal Oxide Semiconductor Camera Module, il cui dispositivo principale è utile per varie applicazioni come le apparecchiature fotografiche portatili. Rispetto ai sistemi di fotocamere tradizionali, il CCM ha molte caratteristiche che includono

• Miniaturizzazione
• Basso consumo energetico
• Immagine ad alta risoluzione
• Basso costo

Principio di funzionamento del modulo fotocamera USB

L'immagine ottica generata dalla scena attraverso la lente (LENS) viene proiettata sulla superficie del sensore di immagine (SENSOR) e quindi convertita in un segnale elettrico, che viene a sua volta convertito in un segnale immagine digitale tramite conversione A/D (Analogico/Digitale). Il segnale viene inviato al chip di elaborazione digitale (DSP) per l'elaborazione e quindi trasmesso al computer tramite l'interfaccia I/O per ulteriori elaborazioni, dopodiché l'immagine può essere visualizzata sul display (DISPLAY).

Come testare le fotocamere USB e i moduli CCM (fotocamere CMOS)? Fotocamera USB: (ad esempio, con il software Amcap)

Passaggio 1: Collegare la fotocamera a una fotocamera USB.

Passaggio 2: Collegare il cavo USB al PC o al telefono cellulare tramite un adattatore OTG.

Amcap:

Apri AMCap eSeleziona il modulo della tua fotocamera:

Seleziona la risoluzione in Opzioni>> Pin di acquisizione video

Regola le impostazioni della fotocamera come Luminosità, Contrasto, Bilanciamento del bianco... in Opzioni >> Filtro di acquisizione video

Amcap consente di acquisire immagini e video.

CCM:

Il CCM è più complesso in quanto l'interfaccia è MIPI o DVP e il DSP è separato dal modulo. L'utilizzo di una scheda adattatrice e di una scheda figlia Dothinkey per i test è comune in produzione:

Scheda adattatrice Dothinkey:

Collegare il modulo della fotocamera alla scheda figlia (immagine 2).

Apri il software di test

Analisi del processo personalizzato del modulo della fotocamera

Con centinaia di migliaia di applicazioni per moduli fotocamera, i moduli OEM standard non sono in grado di soddisfare ogni esigenza specifica, pertanto il processo di personalizzazione è diventato necessario e diffuso. La modifica dell'hardware e del firmware, comprese le dimensioni del modulo, l'angolo di visuale dell'obiettivo, il tipo di messa a fuoco automatica/fissa e il filtro dell'obiettivo, favorisce l'innovazione.

L'ingegneria non ricorrente (NRE) copre interamente la ricerca, lo sviluppo e la progettazione per la produzione di un nuovo prodotto, inclusi i costi iniziali. In sostanza, l'NRE è un costo una tantum che può essere associato alla progettazione, alla produzione di un nuovo prodotto o di una nuova apparecchiatura. Include anche costi diversi per un nuovo processo. Se il cliente accetta l'NRE, il fornitore invierà il disegno per conferma dopo il pagamento.

Flusso dei requisiti personalizzato

1. È possibile fornire disegni o campioni, nonché richiedere documentazione che verrà sviluppata dal nostro personale tecnico.
2. Comunicazione
3. Vi contatteremo in dettaglio per capire di che prodotto avete bisogno e cercheremo di proporvi il prodotto più adatto alle vostre esigenze.
4. Sviluppo del campione
5. Definisci i dettagli del campione di sviluppo e i tempi di consegna. Mantieni una comunicazione costante per garantire un avanzamento senza intoppi.
6. Test di campionamento
7. Testa e collauda la tua applicazione, ricevi feedback sui risultati dei test, non è necessario apportare modifiche, produzione di massa.

Domande da porsi prima di personalizzare un modulo fotocamera: Quali sono i requisiti?

Il modulo fotocamera USBDeve soddisfare i seguenti requisiti. Sono i componenti più importanti che contribuiscono alla nitidezza delle foto e a un buon principio di funzionamento. I componenti sono ben specificati tramite il collegamento con circuiti integrati CMOS e CCD. Deve funzionare in base alle esigenze dell'utente e fungere da opzione per la fotocamera di facile utilizzo. Si connetterà con molti dispositivi, offrendo una soluzione perfetta per le esigenze della fotocamera tramite connessione USB.

• Lente
• sensore
• DSP
• PCB

Quale risoluzione desideri da una telecamera USB?

La risoluzione è un parametro utilizzato per misurare la quantità di dati in un'immagine bitmap, solitamente espressa in dpi (punti per pollice). In parole semplici, la risoluzione di una fotocamera si riferisce alla sua capacità di elaborare l'immagine, ovvero al numero di pixel del sensore. La risoluzione più elevata corrisponde alla massima risoluzione che la fotocamera è in grado di riprodurre, ovvero al numero massimo di pixel presenti nel sensore. L'attuale risoluzione di un sensore CMOS a 30 nm è di 640×480 pixel, mentre quella di un sensore CMOS a 50 nm è di 800×600 pixel. I due valori rappresentano il numero di pixel in altezza e larghezza di un'immagine. Il rapporto d'aspetto di un'immagine digitale è solitamente 4:3.

Nelle applicazioni pratiche, se la fotocamera viene utilizzata per chat web o videoconferenze, maggiore è la risoluzione, maggiore sarà la larghezza di banda di rete richiesta. Pertanto, i consumatori dovrebbero prestare attenzione a questo aspetto e scegliere un pixel adatto ai propri prodotti in base alle proprie esigenze.

Qual è l'angolo del campo visivo (FOV)?

L'angolo FOV si riferisce all'intervallo che l'obiettivo può coprire. (L'oggetto non verrà inquadrato dall'obiettivo se supera questo angolo.) Un obiettivo fotografico può coprire un'ampia gamma di scene, solitamente espressa da un angolo. Questo angolo è chiamato FOV dell'obiettivo. L'area coperta dal soggetto attraverso l'obiettivo sul piano focale per formare un'immagine visibile è il campo visivo dell'obiettivo. Il FOV dovrebbe essere determinato dall'ambiente di applicazione: maggiore è l'angolo dell'obiettivo, più ampio sarà il campo visivo e viceversa.

Dimensioni della fotocamera per la tua applicazione

I parametri principali che sono stati calcolati con il modulo della fotocamera sono le dimensioni, che variano maggiormente a seconda delle diverse esigenze

A seconda delle dimensioni e del formato ottico. Ha un campo visivo e una lunghezza focale per accedere con il calcolo delle dimensioni dell'oggetto. Coinvolge la lunghezza focale posteriore e include una lente perfetta per il formato. La dimensione ottica della lente deve adattarsi alla tua applicazione e dipende da una convenzionale. Il diametro varia in base ai sensori più grandi e implementa con copriobiettivo. Dipende dalla forma della vignettatura o scura nell'angolo delle immagini.

Con centinaia di migliaia di applicazioni per moduli fotocamera, le dimensioni del modulo rappresentano il fattore che varia maggiormente. I nostri ingegneri sono in grado di sviluppare le dimensioni esatte più adatte al vostro progetto specifico.

L'autorizzazione all'immissione in commercio dei prodotti

Il costo del prodotto dipende dalle specifiche. La telecamera USB con EAU piccolo non è consigliata come soluzione personalizzata. Data la costante richiesta di personalizzazioni come obiettivo, dimensioni e sensore, un modulo telecamera personalizzato è l'opzione migliore.

Scegliere il modulo fotocamera giusto

In generale, la maggior parte dei clienti si concentrerà sumodulo fotocamera destroNon si può mai sapere con certezza quale tipo di obiettivo sia necessario utilizzare in questo caso. Esiste un'enorme quantità di teoria utilizzata per aiutare le persone a scegliere l'obiettivo e il modulo fotocamera perfetti. L'obiettivo che si sceglierà dipenderà completamente dal processo che si intende utilizzare. A causa delle diverse soluzioni di sensori e DSP, e degli obiettivi diversi, anche gli effetti di imaging dei moduli fotocamera sono molto diversi. Alcune fotocamere possono essere utilizzate in diverse applicazioni, mentre altre sono adatte solo ad applicazioni specifiche per ottenere i migliori risultati di imaging. Alcune fotocamere di livello stellare possono catturare immagini in ambienti con scarsa illuminazione, ma a un prezzo relativamente elevato.

Impatti effettivi:

Se avete installato il modulo o la telecamera in ufficio o in una piccola camera da letto, una lunghezza focale di 2,8 mm sarà sufficiente. Se invece intendete installarla in giardino, avrete bisogno di una lunghezza focale compresa tra 4 mm e 6 mm. La lunghezza focale aumenta con l'aumentare dello spazio disponibile. In ambienti più ampi, come fabbriche o strade, avrete bisogno di una lunghezza focale di 8 mm o 12 mm.

Quando si sceglie un modulo fotocamera per la luce NIR, la risposta spettrale del modulo sarà definita principalmente dal materiale della lente o del sensore. I sensori saranno interamente basati sul silicio e mostreranno una risposta efficace alla luce NIR in modo straordinario. Rispetto alla luce visibile o a 850 nm, la sensibilità sarà molto inferiore per i 940 nm. Anche così, si riesce comunque a ottenere un'immagine molto efficace. Il concetto più importante in questo processo è quello di generare una quantità di luce sufficiente per la fotocamera allo scopo di rilevamento. Non si può mai sapere con precisione quando la fotocamera verrà attivata e il tempismo perfetto sarà molto variabile. Quindi, in quel momento, il segnale verrà inviato in una determinata misura e si potrà scegliere il modulo fotocamera più adatto.

Conclusione

Dalla discussione precedente, emerge che il modulo fotocamera USB ha funzioni generali e si assembla con un modulo zoom automatico. Il modulo fotocamera USB a fuoco fisso è dotato di lente, base dello specchio, circuito integrato fotosensibile e così via. Gli utenti devono comprendere la differenza tra i moduli fotocamera USB e MIPI.

A modulo fotocamera personalizzatoè più adatto allo sviluppo di nuove applicazioni. Perché il modulo fotocamera personalizzato può essere costruito in base a requisiti specifici. Dall'evoluzione delle fotocamere possiamo apprendere che: in primo luogo, le fotocamere con un numero di pixel più elevato (13 milioni, 16 milioni), sensori di immagine di alta qualità (CMOS) e alta velocità di trasmissione (USB 2.0, USB 3.0 e altre interfacce veloci) rappresenteranno la tendenza futura; in secondo luogo, la personalizzazione e la specializzazione (utilizzate solo come dispositivi di input video professionali), la multifunzionalità (con altre funzioni, come l'unità flash in dotazione, la tendenza verso le fotocamere digitali, è anche ipotizzabile che la fotocamera possa avere la funzione di scanner in futuro), ecc. In terzo luogo, l'esperienza utente è cruciale, più intuitiva, più facile da usare e più funzioni applicative pratiche sono le reali esigenze dei clienti.